可治性罕见病—鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症
一、疾病概述
鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症( ornithine transcarbamylase deficiency，OTCD)系X染色体鸟氨酌 量甲酰基转移酶(ornithine carbamoyltransferase．OTC)基因突变引起，此基因位于Xpll.4位点处，临床是X染色体连锁的隐性遗传，以商氨血症为主的尿素循环障碍。
鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症(OTCD)是最常见的尿素循环障碍，占总尿素循环障碍患者发病率2/3[1]，OTCD发病率约为1/14 000[2]，然而在意大利[3]、芬兰[4]、新南威尔士、澳大利亚[5]，分别是1/70 000、1/62 000和1,/77 000，由于部分性鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症可以在任何年龄发病，所以流行病学数据存在偏向最早发病和最严重发病的偏差。
尿素循环是Krebs和Heinsleit在1932年发现[6]，尿素循环障碍是指尿素循环过程中所需的酶 活性降低或缺乏导致氨的代谢受阻，血氨升高引起疾病，共涉及8种疾病，其中主要涉及一种辅因子产生酶—一氮乙酰谷氨酸合成酶N-acetyl glutamate synthetase( NAGS)，5种代谢酶、2种转运子。5种代谢酶包括：氨甲酰磷酸合成酶(carbamoylphosphate synthetase I，CPSl)、鸟氨酸氨甲酰基转移酶（conuthine transcarbamylase，OTC)、精氨酸琥珀酸合成酶(argininosuccinic acid synthetase，ASSI)、精氨酸琥珀酸裂解酶( argininosuccinic acid lyase．ASL)、精氨酸酶(arginase，ARG)；2种转运子为：鸟氨酸转位酶(ornithine translocase，ORNTl)和希特林蛋白(citrin)。
二、发病机制
尿素循环障碍血氨转化成尿素过程酶的缺陷等引起高氨血症性脑病及不可逆的脑损伤，在鸟氨酸氮甲酰转移酶反应中，氨甲酰磷酸将鸟氨酸转换成瓜氨酸．OTC基因位于x染色体p21.1，基因编码8个外显子，长约85 kb。此酶可能受饮食中蛋白质影响，位于线粒体，催化鸟氨酸和氨甲酰磷酸形成瓜氨酸．迄今为止突变超过150多种，8%为大片段缺失，小缺失或插入占10%，剩下的多是单碱基突变。发病机制可能涉及谷氨酰胺谤导的脑水肿，能量耗竭，神经递质改变，血氨可自由穿过血脑屏障，脑层中血氨浓度高于外周血浓度‘硝，大脑中星状细胞通过谷氨酰胺合成酶( glutamine synthetase．GS)将血氨迅速转换成谷氨酰胺，谷氨酰胺引起渗透压升高，大脑星状细胞肿胀，引起细胞毒性脑水肿[8]。
OTC小鼠模型spf小鼠大脑皮质神经元谷氨酰胺明显下降，天冬酰胺在某些神经元含量增加，GABA在大脑皮层神经元变化不明显，在纹状体、海马、中脑明显增加，提示GABA回路通路，但先天性OTCD NMDA受体位点下降提示机体对兴奋性毒素损伤的保护机制。随着血氨升高，外周性苯二氮革受体(peripheral-type benzodiazepine receptors，PTBRs)在星状细胞表达明显增加，最终引起神经元损伤[9]。PTBR可参与氧化机制、神经类固醇类合成，可以别构调控GABAA受体，OTCD可间接调控GABA能神经递导。
Ratnakumari曾做了一系列OTC患者胆碱能神经元实验[10-12]，spf/Y小鼠和CD - l/Y正常对照大脑中对胆碱能乙酰转移酶和乙酰胆碱酯酶进行测定，提示前脑皮质、纹状体、海马、丘脑和脑干酶活力减低，基底前脑胆碱能神经元丢失可引起OTCD患儿明显认知障碍[13]。
三、临床特征
尿素循环障碍临床三联征表现为高氨血症、脑病、呼吸性碱中毒。如果在长期昏迷患者可出现代谢性酸中毒。
鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症可有两种类型：一种新生儿期起病型（完全型），和一种婴儿期发病型（部分型）。长期研究显示婴儿期发病型（部分型）发病比例(82%)高于完全型(18%)。
新生几期起病型多见于男性发病，罕见于女性发病。新生儿出生时正常，生后2～3 d出现代谢危象，吸吮无力，急性脑病，过度通气，低体温，很多男性半合子患者在新生儿期死于严重的高血氨毒性，如果不积极治疗，会有反复发作的高氨血症，6月时可能需要肝移植。
婴儿期发病型（部分型），可见于男性和杂合子女性。女性杂合子患者表现可能不典型，可以在任何时间发病，不管病情有多轻，一旦诱发高氨血症在任何时间，任何情况都可威胁生命。典型神经系统并发症包括发育迟缓、学习障碍、注意力缺陷障碍伴多动等表现。精神性发作，易激惹、意识模糊，反复呕吐、偏头痛、瑞氏综合征、惊厥、偏头痛、无法解释的脑瘫。下列条件如饮食、疾病和长期应用丙戊酸钠和糖皮质激素均可诱发高氨血症危象。
OTCD患儿MRI表现OTCD患者脑MRI特点，发现该患者双侧基底节及丘脑信号呈短Tl、短T2改变。[14]与Takanashi等报道的3例新生儿期发病的尿酸循环酶病(UCD)影像改变一致。但Takanashi等研究进一步发现岛叶的白质在T2WI上呈高信号改变，而罗等报道病例中并未见到这一征象，考虑与疾病病情严重程度不同有关。UCD患者中2例脑室扩大，1例大脑皮质在DWI土呈弥漫性高信号，均与文献报道不同[15]。UCD中不同类型患者脑MRI表现存在明显差异，可能与生化机制及疾病过程有关。
OTC患者尿中乳清酸明显升高，CPS患儿尿中乳清酸正常或偏低，尿乳清酸很高。因为氨甲酰磷酸高，尿乳清酸合成增加溢人胞质内，参与嘧啶合成代谢。诊断CPS或OTC患者可能氨基酸谱改变不显著，高氨血症、高丙氨酸血症、尿乳清酸血症提示OTCD，如果乳清酸正常提示CPS缺乏，年长患者可能表现神经运动迟缓，生长停滞，呕吐，行为异常、感知困难、复发的小脑共济失调及头痛。如果任何患者有无法解释的神经体征，需警惕尿素循环障碍，极少病例血氨正常，因此测定血氨基酸及尿乳清酸意义重大。有机酸血症患者可以表现高氨血症，所有高氨血症患者需常规检查尿有机酸。患者大脑常提示有神经元囊性退行性变，星状细胞肿胀，皮质萎缩。髓鞘形成异常[16]。
四、诊断
诊断试验包括血尿氨基酸分析，尿有机酸分析（有无尿乳清酸升高是鉴别有机酸血症的重要指标）血酰基肉碱谱（是鉴别其他高氨血症的因素），未经治疗的经典型患者OTCD患儿血瓜氨酸、精氨酸降低，乳清酸升高，女性杂合子患者可以有不典型临床表现。必要时肝细胞活检、酶活力测定、基因测序等分子生物学技术确诊。
男性患者除典型临床表现和实验室检查外，符合下列诊断之一：
(1)分子生物学示致病的半合子；
(2)别嘌呤醇实验尿乳清酸明显升高；
(3)肝脏酶活力测定。
女性OTC患者除典型临床表现和实验室检查外，符合下列诊断之一：
(l)分子生物学示致病的半合子；
(2)别嘌呤醇实验尿乳清酸明显升高；肝脏OTC酶活性测定不能作为确诊指标。
对于杂合子女性患者，可采用别嘌呤醇负荷试验进行与正常患者的鉴别。步骤：24 h每6小时收集尿液在口服一次别嘌呤醇(>6岁：100 mg，6～10岁：200 mg，>10岁：300 mg)后采集尿乳清酸，OTC及杂合子患者尿乳清酸升高。尿乳清酸6个月～6岁：13.0 mmol/mol Cr; 6～10岁：9.3 mmol/mol Cr;10～17岁：10.2 mmol/mol Cr尿乳清酸，初值8 mmol/mol Cr[17]。
蛋白负荷试验可用于OTC杂合子诊断，蛋白质负荷试验进食高蛋白质饮食（1 g/kg体重）收集6h尿液，冻存，碱化后高效液相色谱( HPLC)测定尿乳清酸，尿乳清酸初值是0.7 mmol/mol creatininea。
五、鉴别诊断
新生儿起病完全型需与下列疾病鉴别：
l．N乙酰谷氨酰胺合成酶缺乏症[N-acetylglutamate synthase (NAGS) deficiency]
作为尿素循环第1个限速酶氨甲酰磷酸合成酶(carbamylphosphate synthetase, CPSl;EC 6.4.3.16)的别构体，如果出现缺陷将引起高血氨、临床及生化表现与CPSI缺陷类似。可以新生儿期起病，也可成年后起病，主要表现高血氨、食欲缺乏、呕吐、意识丧失，慢性起病患者可有慢性头痛、呕吐、可由外科手术、妊娠诱发危象，高血氨、谷氨酰胺升高、血瓜氨酸多减低、尿乳清酸不高。
2．严重氨甲酰磷酸合成酶I缺陷[carbamyl phosphate svnthetasc I(CPSI) dcficiency]
氨甲酰磷酸合成酶I缺陷(CPSID; MIM# 237300)，是一种常染色体隐性遗传，可以新生儿起病较重的高氨血症，也可以晚发隐匿起病，可诱发一种威胁生命的高氨血症，发病率1：50 000 -1：100 000不等，由于很多患者未诊断即去世所以发病率有可能有低估。基因诊断是种确诊手段，旱发型因高氨血症引起严重脑病，迟发型可有呕吐、腹痛、肌无力、每年可发作数次、每次持续数日。尿乳清酸可有升高可正常。
3．精氨酸琥珀酸合成酶缺陷[argininosuccinate svnthetase( ASS) deficiency]
临床表现多表现为瓜氨酸血症1型[，Citrullinemia type I(CTLNl)]。临床表现为两种类型，1种新生儿起病，一种晚发起病，临床有时较难区别。新生儿型常常表现高氨血症、食欲缺乏、呕吐、乏力、意识丧失，迟发型症状与重症相类似但表现较轻。瓜氨酸明显升高，尿乳清酸可正常或升高。
4．精氢酸琥珀酸裂解酶缺陷[argininosuccinate lyase (ASL) deficiency]
精氨酸琥珀酸裂解酶缺陷是尿素循环障碍中第4步精氨酸琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸时酶缺陷引起，也分为新生儿起病型和晚发型。新生儿型也表现呕吐、乏力、低体温、晚发型多表现感染及应激诱发的反复发作的高氨血症。生化及血尿筛查表现为血瓜氨酸升高、精氨酸琥珀酸升高、尿乳清酸可升高或正常，神经精神症状可表现为注意力缺陷及多动综合征，发育缺陷、惊厥、学习障碍；肝脏表现：肝炎、黄疸、结节性脆友病、系统性高血压。
有机酸血症多有高氨血症、但相应血尿筛查有特异性临床表现。
六、治疗
治疗参照尿素循环障碍的共识分为急性期血氨治疗、急性期药物治疗、不含蛋白质食物摄人、慢性期药物治疗。
1．血氨浓度及相应治疗
如血氨高于上限，则停止蛋白质摄入，保证热量摄人，每3小时监测血氨，如250 rimol/L>血氨>100 µmol/L，开始精氨酸首剂250～400 mg/kg，10%葡萄糖90～120 min内输入维持剂量250 mg/(kg．d)。或苯甲酸钠首剂250 mg/kg，10%葡萄糖90～120 min内输入，维持剂量250～500 mg/(kg．d)。体重>20 kg，5.5 g/(m2．d)，肉碱，维生素B12，生物素治疗，如高血糖伴高乳酸，>3 mmol/L，减少糖液输注速度，而非增加胰岛素．如500 pmol/L>血氨>250 µmol/L，除药物治疗外，准备血滤，患儿呕吐需鼻饲糖及脂肪乳，据电解质补充钾和钠，监测血磷。1 000 tLmol/L>血氨>500 tLmol/L，开始血滤。必要时补充血钠和钾。>1 000 µmol/L需要特殊治疗。
应确保高热量供应，脂肪乳必要时予1～3 g/(kg．d)。如患者不能摄人，需静脉补充氨基酸。肠道营养一旦条件允许应立即予不含蛋白质饮食，可能需要临时予鼻饲管补充应计算足够热量及电解质，避免渗透性腹泻血氨一旦低于<100 µmol/L可少量摄人蛋白质能量补充应充分按其年龄计算的120%补充热卡。
2．慢性期药物长期治疗
(1)低蛋白饮食2、苯甲酸钠[mg/(kg．d)]250 mg/(kg．d)，最大12 g/d，精氨酸<20 kg，100～200 mg/( kg．d)，>20 kg，2.5～6 g/( m2．d)，瓜氨酸100～200 mg/(kg．d)，最大6 g/d。
(2)试验性治疗包括干细胞移植和肝细胞移植。
七、典型病例
患儿，女，2岁，在南京医科大学附属儿童医院就诊，间断神志不清3月余加重2周，起病年龄1岁11月，就诊年龄2岁2月。症状表现为神志不清、烦躁、睡眼差、体征：双侧巴氏征阳性，肌张力增高、辅助检查结果ALT116 U/L，AST103 U/L，血气分析pH7. 462，HC03 17.9 mmol/L，BE -9 mmol/L， 246µVmol/L，尿乳清酸明显升高，尿嘧啶升高，血瓜氨酸减低。影像学结果见图2，基因检查结果见图3，确诊为鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症，予精氨酸、苯甲酸钠、苯丁酸钠、还原性谷胱甘肽等药物治疗，后至上海行肝移植手术后血氨肝功能见好转。